De 3D-analyse van kristalstructuren vereist een volledige 3D-weergave van de kristallen. Kristallen zo klein als poeder, met randen van minder dan een micrometer, kan alleen worden geanalyseerd met elektronenstraling. Met elektronenkristallografie, een volledig 360-graden beeld van een enkel kristal is technisch onmogelijk. Een team van onderzoekers onder leiding van Tim Gruene van de faculteit Scheikunde van de Universiteit van Wenen heeft de houder van de kleine kristallen aangepast zodat een volledig zicht mogelijk wordt. Nu presenteerden ze hun oplossingen in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Typisch, kristallografen gebruiken röntgenstralen om hun monsters te onderzoeken. Maat, echter, is van groot belang voor de analyse van de röntgenstructuur:kristallen met randen van minder dan 50 tot 100 micrometer zijn te klein om een ​​meetbaar signaal te produceren. "Elektronenkristallografie is een vrij recente ontwikkeling. We hebben aan onze scheikundige collega's laten zien dat we kristallen met randen van minder dan 1 micrometer kunnen analyseren - dit omvat veel kristallen die tot nu toe aan 3D-structuurbepaling ontsnappen, "Tim Grüne zegt, die lid is van de afdeling Anorganische Chemie en hoofd van het Centrum voor X-ray Structure Analysis.

Beperkt zicht

Elektronen interageren veel sterker met materie dan röntgenstralen. Kristallen ter grootte van een micrometer produceren karakteristieke diffractiebeelden wanneer ze worden bestraald met elektronen. Deze leveren de gegevens voor structuuranalyse. Echter, de monsterhouder voorkomt een volledige rotatie van 360 graden:momenteel is er slechts één rotatie-as beschikbaar, en de metalen staven die nodig zijn om het delicate te stabiliseren, kunnen niet door de elektronen worden gepenetreerd. In beide richtingen is slechts een rotatie van ongeveer 75 graden mogelijk. "Dit geeft ons maximaal 300 graden waardevolle data, wat leidt tot een foutieve structurele analyse, ", zegt Gruene. Hij en zijn collega's van ETH Zürich en van PSI bedachten een leuke truc om het probleem op te lossen.

Hun onderzoek biedt twee oplossingen om het probleem te omzeilen:ze hebben de monsterhouder zo geprepareerd dat kristallen van alle kanten kunnen worden bekeken. Eén monsterhouder bevat tientallen kristallen, meer dan genoeg om de gegevens aan te vullen en een onvervormd 3D-beeld te bieden.

De drager in de maling nemen

Een eenvoudige, gemakkelijk beschikbare middelen verstoort het dragermateriaal, een ultradunne koolstoflaag, met een fijne borstel. Volgens Gruene "als gevolg, individuele segmenten van de koolstoflaag krullen op, zoals wanneer je de vrucht van touch-me-not aanraakt. De kristallen kleven aan de krullen en bereiken een willekeurige oriëntatie. Men kan gemakkelijk meerdere individuele kristallen uit zeer verschillende standpunten selecteren."

De tweede oplossing bedekt de koolstofdrager met nylonvezels. "Het oppervlak lijkt op een bos dat chaotisch is bedekt met boomstammen, " zegt Tim Grüne. Dit leidt weer tot veel willekeurige oriëntaties van de kristallen wanneer ze op de monsterhouder worden afgezet. de nylonvezels worden afgezet met electrospinning, wat een extra apparaat vereist en een beetje ingewikkelder is dan erover te strijken met een borstel.

"Netjes en simpel"

Beide maatregelen bieden datasets van de kristallen met een volledige 3D-structuuranalyse. Dit type combineren van datasets is gebruikelijk in eiwitkristallografie, maar veel minder gebruikelijk in chemische kristallografie. Tim Grüne legt uit, "Ons werk maakte gebruik van het feit dat het samenvoegen van gegevens net zo werkt voor chemische verbindingen als voor eiwitten. We hadden in beide gevallen slechts 5 kristallen nodig om de gegevens te voltooien."

"We gingen het probleem niet uit de weg, maar demonstreerde hoe de verborgen vlakken van de kristallen aan de elektronenstraal konden worden onthuld. Beide oplossingen zijn verrassend eenvoudig en kunnen zonder veel moeite worden gerealiseerd, ", zegt Tim Grüne.